數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器1

教學(xué)基本要求3、正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。9數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器AnalogDigitalConverterandDigitalAnalogConverter1、掌握倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)、集成D/A轉(zhuǎn)換器7520的工作原理及相關(guān)計算。2、掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點。A/D

轉(zhuǎn)換器

D/A

轉(zhuǎn)換器

模擬

控制器

工業(yè)生產(chǎn)過程控制對象

模

擬

傳感器

ADC和DAC已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。將溫度、壓力、流量、應(yīng)力等物理量轉(zhuǎn)換為模擬電量。計算機進行數(shù)字處理（如計算、濾波）、保存等用模擬量作為控制信號數(shù)字控制

計算機將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。n位數(shù)字量1.概述DAC9.1D/A轉(zhuǎn)換器模擬量1、數(shù)

/

模轉(zhuǎn)換器:A

=KDO=–KNB

數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合而成的,對于有權(quán)碼,每位代碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量,然后，將這些模擬量相加,即可得到與數(shù)字量成正比的模擬量,從而實現(xiàn)數(shù)字量--模擬量的轉(zhuǎn)換。2.實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的基本思想

ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20

＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20將二進制數(shù)ND＝(11001)B轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。3.D/A轉(zhuǎn)換器的組成:DAC的數(shù)字數(shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入

用存放在數(shù)字寄存器中的數(shù)字量的各位數(shù)碼

由輸入數(shù)字量控制

產(chǎn)生權(quán)電流

將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓4.

D/A轉(zhuǎn)換器的分類:按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC按模擬電子開關(guān)電路分類CMOS開關(guān)型DAC雙極型開關(guān)型DAC電流開關(guān)型DACECL電流開關(guān)型DACD/A轉(zhuǎn)

換

器9.1.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器Di=0,Si則將電阻2R接地Di=1,Si接運算放大器反相端，電流Ii流入求和電路

電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和運算放大器輸出模擬電壓輸入4位二進制數(shù)根據(jù)運放線性運用時虛地的概念可知，無論模擬開關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻將接“地”

或虛地。1、原理電路基準電壓

電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和運算放大器9.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器2、D/A轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)基準電源VREF提供的總電流為：I=？流過各開關(guān)支路的電流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每個2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。I3=VREF/2RI2=VREF/4RI1=VREF/8RI0=VREF/16R3.工作原理：II2I1I0I3流入運放的總電流：i＝I0+I1+I2+I3輸出模擬電壓：

4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的輸出模擬電壓：n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC有：令：則O=–KNB

在電路中輸入的每一個二進制數(shù)NB，均能得到與之成正比的模擬電壓輸出。關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器精度的討論(1)基準電壓穩(wěn)定性好；(2)倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中R和2R電阻比值的精度要高；(3)為實現(xiàn)電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的整數(shù)倍遞增。為進一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。為提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度，對電路參數(shù)的要求：(3)每個模擬開關(guān)的開關(guān)電壓降要相等

Di

=1時，開關(guān)Si接運放的反相端;Di=0時，開關(guān)Si接地。電路在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。實際的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器電路++電壓恒定各BJT的發(fā)射結(jié)電壓相等-基準電流產(chǎn)生電路D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0模擬量1111111110000001100000000111111100000001000000009.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式表10.1.18位D/A轉(zhuǎn)換器在單極性輸出時的輸入/輸出關(guān)系……1.單極性輸出方式

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器單極性電壓輸出的電路反相輸出同相輸出

9.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式9.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式雙極性輸出的8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系十進制數(shù)2的補碼偏移二進制碼模擬量D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1D0D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0O/VLSB12701111111111111111271260111111011111110126…－11111111101111111－1…－1271000000100000001－127－1281000000000000000－1289.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式雙極性輸出的8位D/A轉(zhuǎn)換器NB’1.AD7520D/A轉(zhuǎn)換器使用:1)要外接運放，2)運放的反饋電阻可使用內(nèi)部電阻，

也可采用外接電阻（接在

和

間）9.1.5集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用10位CMOS電流開關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器

9.1.5集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用1.AD7520D/A轉(zhuǎn)換器中的1位CMOS模擬開關(guān)電路優(yōu)點：使用簡便、功耗低、轉(zhuǎn)換速度較快、溫度系數(shù)小、通用性強。3、集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用1、）數(shù)字式可編程增益控制電路

D2

D7

uO

D0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI

2R

2R

2R

-

+

RF

IOUT1

IOUT2

VREF

D2

D7

uOD0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI2R

2R

2R

-

+

RF

IOUT1

IOUT2

VREF

uO

-

+

R

uIOUT2I

IOUT1

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)OVIAuu=Iout1＝

I0+I1+I2+…I9根據(jù)虛斷有:

2、）脈沖波產(chǎn)生電路74163具同步清零功能74163和與非門構(gòu)成十進制計數(shù)器：0000~10019.1.5集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用

2、集成D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用之二：

脈沖波產(chǎn)生電路

9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標分辨率：其定義為D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。n位DAC最多有2n個模擬輸出電壓，其分辯率為2n。位數(shù)越多D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出。n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為1、分辨率2、轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度是指對給定的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實際值與理論值之間的最大偏差。產(chǎn)生原因：由于D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準電壓不夠穩(wěn)定或運算放大器的零漂等各種因素的影響。幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標

比例系數(shù)誤差：是指實際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。

如在n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)VREF偏離標準值△VREF時，就會在輸出端產(chǎn)生誤差電壓。由式10.1.3可知

由△VREF引起的誤差屬于比例系數(shù)誤差。

9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標

失調(diào)誤差：由運算放大器的零點漂移引起，其大小與輸入數(shù)字量無關(guān)，該誤差使輸出電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線發(fā)生平移。

三位D/A轉(zhuǎn)換器的失調(diào)誤差如圖10.1.8所示。

9.1.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標

非線性誤差：沒有規(guī)律的誤差，一般用在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想的轉(zhuǎn)移特性的最大值來表示。其原因很